Общее устройство системы питания дизелей

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Тема 3. Система питания двигателей

Система питания дизельных двигателей

Топливо для дизелей

Дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям:

бесперебойно поступать в цилиндры при любых температурах и обеспечивать легкий пуск двигателя
обеспечивать хорошее распыление и смесеобразование в цилиндрах двигателя
образовывать минимальное количество нагара и отложений, не вызывать коррозии и коррозийных износов деталей, соприкасающихся с дизельным топливом и продуктами его сгорания.

Для автомобильных двигателей в зависимости от температуры окружающей среды применяется топливо следующих марок:

Л (летнее) – при t 0º С и выше
З (зимнее) - при t ниже 0º С
А (арктическое) - при t до -50º С

На работу двигателя большое влияние оказывают характеристики дизельного топлива:

Температура самовоспламенения топлива
Вязкость
Отсутствие механических примесей и воды

Температура самовоспламенения. Это температура, до которой необходимо нагреть топливо в смеси с кислородом воздуха, чтобы начался процесс горения. Склонность дизельного топлива к самовоспламенению оценивают цетановым числом. Оптимальным для дизельных топлив является цетановое число, равное 40…50 единицам. Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя. Если цетановое число больше 50, то увеличивается удельный расход топлива за счет уменьшения полноты сгорания, т.к. к моменту воспламенения топливо не успевает перемешаться с воздухом во всем объеме камеры сгорания.

Вязкость. Дизельное топливо должно обладать оптимальной вязкостью, поскольку при достаточно высокой вязкости его прокачивание по системе питания может быть затруднено. Недопустимо использовать топливо и с очень низкой вязкостью, поскольку, при этом ухудшается смазка приборов питания и нарушается дозировка подачи топлива в цилиндры. От вязкости топлива зависит качество распыления и сгорания.

Механические примеси. Надежность работы топливной аппаратуры и двигателя в целом снижается из-за присутствия механических примесей. Примеси в виде песка и глинозема, попадая на стенки трущихся деталей, оставляют на них риски, царапины, и вызывают ускоренный износ. Они могут вызвать засорение сопел и обрыв распылителя.

Вода. Присутствие воды ухудшаетсмазывающие свойства топлива, нарушает подвижность иглы распылителя, способствует образованию шламов, засоряющих топливопроводы и фильтры. При низких температурах из-за кристаллизации воды в трубопроводах могут образоваться пробки.

Дизельное топливо Л (летнее), З (зимнее) и А (арктическое) имеют цетановое число не менее 45. Срок хранения дизельного топлива – 5 лет со дня изготовления. После транспортировки и перелива топлива в емкости для хранения оно должно отстояться не менее 10 дней, и только после этого им можно заправлять топливные баки автомобилей. Это необходимо для выхода из топлива пузырьков воздуха.

Смесеобразование у дизелей

Образование горючей смеси у дизелей происходит иначе, чем у карбюраторных. У дизелей при такте впуска в цилиндры поступает воздух, который сжимается в 15-20 раз. За счет повышения давления температура воздуха достигает 600-900 º.

Образование горючей смеси происходит внутри цилиндра, куда топливо впрыскивается форсункой под давлением 16-18 МПа. Это давление значительно превышает давление сжатого в цилиндре воздуха, находящегося в пределах 4-5 МПа. Скорость истечения топлива из форсунки достигает 150-400 м/с (450-1440 км/ч). В результате трения о воздух струя топлива дробится на мелкие капли диаметром 0,002-0,003 мм. Мелко распыленное топливо быстро испаряется и сгорает. Угол конуса распыления зависит в основном от формы и размеров сопла, давления впрыска, вязкости топлива, и давления воздуха в цилиндре. У дизелей смесеобразование происходит за 20-40 ºповорота коленчатого вала и составляет 0,001 – 0,004 с, т.е. в 10-15 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей. При таком ограниченном времени однородная качественная смесь может быть получена только при достаточно хорошем распылении и испаряемости топлива.

Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, нужно, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы. Горение происходит только в присутствии кислорода, поэтому каждая частица топлива должна быть окружена необходимым для полного сгорания количеством кислорода воздуха. Это очень сложный процесс, и для его осуществления приходится наполнять цилиндр гораздо большим количеством воздуха, чем это требуется для полного сгорания топлива. Коэффициент избытка воздуха у дизелей достигает 1,2 – 1,65.

Чтобы уменьшить избыточное количество воздуха и повысить среднее эффективное давление и литровую мощность дизеля, необходимо улучшать смесеобразование. Этого можно добиться следующими мерами:

Форму камеры сгорания подобрать такую, чтобы она полнее обеспечивала распыление и перемешивание топливного факела, выходящего из сопел форсунки, с воздухом
Создавать в камерах сгорания вихревое движение воздуха для наилучшего обеспечения распыления и перемешивания топлива с воздухом еще до момента самовоспламенения, что способствует более полному сгоранию топлива
Путем оптимизации давления впрыска, давления воздуха в камере сгорания, направления выброса струй топлива из сопел форсунки добиваться максимально тонкого распыления топлива, что способствует лучшему испарению и горению топлива
За счет конструкции распылителей форсунок и формы камер сгорания добиваться однородного распыления топлива в виде капель примерно одинаковых размеров
Дальнобойность выбрасываемых струй из сопел форсунов должна иметь требуемую величину. Дальнобойность топливного факела увеличивается при повышении давления впрыска и уменьшается при возрастании давления в камере сгорания за счет повышения сопротивления газовой среды проникновению частиц топлива

Рис. 3.23 Виды камер сгорания

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Особенностью работы дизеля является то, что при различных оборотах коленчатого вала количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, почти не меняется, а изменяется количество впрыскиваемого топлива. Из-за этого при малой частоте коленчатого вала воздуха бывает достаточно с избытком, и топливо сгорает полностью. При увеличении частоты вращения коленчатого вала количество топлива, подаваемого в цилиндры, увеличивается, а количество воздуха в цилиндре остается постоянным и даже из-за уменьшения времени на такт впуска несколько уменьшается. В результате уменьшается коэффициент избытка воздуха и ухудшается процесс горения топлива.

Чтобы дизель обладал наилучшими мощностными и экономическими показателями впрыск топлива в цилиндр нужно начинать еще до прихода поршня в ВМТ примерно за 10-20º, считая по обороту коленчатого вала.

Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до ВМТ в момент начала впрыска топлива, называется углом опережения впрыска топлива.

Если топливо впрыскивается слишком рано, двигатель работает «жестко», а если топливо впрыснуто поздно, то оно будет сгорать уже при такте расширения (рабочий ход). В этом случае потери теплоты в систему охлаждения будут очень большими. Увеличивается потеря теплоты и с обработавшими газами. Все это приводит к уменьшению мощности и экономичности двигателя.

Чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, ТНВД должен подавать топливо еще раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнетание топлива от насоса к форсунке.

Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до ВМТ в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называется углом опережения подачи топлива.

Общее устройство системы питания дизелей

Во время работы двигателя топливо из топливного бака 12 засасывается топливоподкачивающим насосом 10 через фильтр грубой очистки 11, где отделяются крупные механические примеси. Далее оно нагнетается подкачивающим насосом через фильтр 9 тонкой очистки в топливный насос 7 высокого давления. Последний подает топливо через топливопровод 6 под большим давлением к форсункам 4, которые впрыскивают его в распыленном состоянии в камеру сгорания. В топливный насос подается избыточное количество топлива. Излишки топлива отводятся из топливного насоса по топливопроводу 15 во впускную часть подкачивающего насоса через перепускной клапан.

Рис. 3.24. Схема системы питания 4-х цилиндрового дизеля: 1- воздушный фильтр, 2 – турбокомпрессор, 3 – глушитель, 4 – форсунка, 5 – впускной трубопровод, 6 – топливопровод высокого давления, 7 – ТНВД, 8 – топливопровод низкого давления, 9 – фильтр тонкой очистки топлива, 10 – подкачивающий насос низкого давления, 11 – фильтр грубой очистки топлива, 12 – топливный бак, 13 – поршень, 14 – впускной клапана, 15 – топливопровод перепуска излишнего топлива, К – компрессор, Т – турбина

На схеме подкачивающий насос вынесен для упрощения понимания, на дизелях подкачивающий насос является узлом ТНВД

Воздух, поступающий в цилиндры двигателя, проходит вначале предварительную очистку в воздушном фильтре 1, а затем нагнетается под давлением турбокомпрессором 2. Отработавшие газы выходят из цилиндров через выпускной трубопровод 5 и глушитель 3.

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 283; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!